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       凍干技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)⑵

       上海東富龍科技有限公司 張耀平
 
       第二節(jié) 熱和溫度

       熱是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的形式之一。任何物質(zhì)都是由許許多多的分子所組成，而這些分子都在不停地作無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，我們稱之為熱運(yùn)動(dòng)。而這些無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子所具有的能就叫做熱能。 熱能的大小用溫度來(lái)表示。溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，物體的熱能也就越多；溫度低，分子運(yùn)動(dòng)就緩慢，物體的熱能就少。
       溫度就是表示物體熱或冷的程度，熱和冷是相對(duì)的，它們都是表示物體所含熱能的多少。增加物體的熱能叫做加熱；移去物體的熱能叫做制冷。 溫度常用攝氏和華氏二種溫標(biāo)來(lái)表示。 攝氏溫標(biāo)：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，以水的冰點(diǎn)為0℃。水的沸點(diǎn)為100℃。在0～100之間分成100等分，每一等分叫1℃。這種溫標(biāo)就叫做攝氏溫標(biāo)，用符號(hào)℃表示。 華氏溫標(biāo)：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，以水的冰點(diǎn)為32。水的沸點(diǎn)為212，在32～212之間分成180等分，每一等分叫1°F。這種溫標(biāo)就叫做華氏溫標(biāo)，用符號(hào)°F表示。 華氏和攝氏可用下面的公式進(jìn)行換： 華氏換攝氏：℃=5/9×（°F－32） 另外還有一種溫標(biāo)叫做開氏溫標(biāo)，以攝氏零下273.15度作為零度，也就是開氏零度等于攝氏零下273.15℃。
       開氏溫標(biāo)用符號(hào)°K表示，開氏溫標(biāo)也叫絕對(duì)溫標(biāo)；開氏零度即零下273.15℃，也叫做絕對(duì)零度。絕對(duì)零度是達(dá)不到的。 溫度只能表示物體冷或熱的程度。溫度高或溫度低，不能從數(shù)量上來(lái)表示物體熱能的多少。因此就有熱量的概念。物體吸收或放出熱能的多少叫做熱量。計(jì)算熱量的單位是卡（cal）或千卡（kcal），千卡又叫大卡，1大卡（kcal）=1000卡（cal）。卡（cal）的單位是這樣規(guī)定的：把1g水的溫度升高或降低1℃所吸收或放出的熱量規(guī)定為1卡（cal）。 還有一種熱量叫做英熱單位，它是這樣規(guī)定的：把1磅水的溫度升高或降低1°F所吸收或放出的熱量規(guī)定為1個(gè)英熱單位（BTU）。1英熱單位（BTU）=252卡（cal）。 質(zhì)量相同的不同物質(zhì)溫度升高1℃時(shí)所需要的熱量是不相同的，我們把單位質(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高或降低1℃時(shí)所吸收或放出的熱量，叫做這種物質(zhì)的比熱。單位是卡/克·度（cal/g·℃），讀作每克每度卡。
       一些物質(zhì)的比熱見表五。 表五 一些物質(zhì)的比熱(cal/g·℃) 物質(zhì)名稱 比熱 物質(zhì)名稱 比熱 水 1 銅 0.091 冰 0.43 鋼鐵 0.11 水蒸汽 0.45 鋁 0.21 R12 0.225 水銀 0.033 氨 0.52 玻璃 0.20 空氣 0.24 酒精 0.58 熱量能通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射三種方式進(jìn)行傳遞。

       ⒈傳導(dǎo)：在受熱不均勻的物體中，熱從高溫處依靠物體的分子逐漸傳到低溫處的現(xiàn)象，稱為熱的傳導(dǎo)。這種方式的熱交換一直進(jìn)行到整個(gè)物體的溫度相等為止。傳導(dǎo)在固體、液體和氣體之間均能發(fā)生，傳導(dǎo)作用必須要使物體相互接觸才能完成。 所有的金屬是傳熱的良導(dǎo)體，非金屬是熱的不良導(dǎo)體。物質(zhì)傳導(dǎo)熱的能力可用導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)表示。導(dǎo)熱系數(shù)是熱的傳導(dǎo)作用在1平方厘米cm²截面上1秒鐘內(nèi)溫差為1℃時(shí)通過(guò)長(zhǎng)度1厘米的熱量卡數(shù)。單位：卡/厘米·度·秒（cal/cm·℃·s）。一些物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)見表六。 表六 一些物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)(cal/cm·℃·s) 物質(zhì)名稱 導(dǎo)熱系數(shù) 物質(zhì)名稱 導(dǎo)熱系數(shù) 銀 0.97 玻璃 0.0014～0.0018 銅 0.92 水 0.00142 鋁 0.50 冰 0.0055 鎢 0.48 空氣 0.000057 鐵 0.16 棉花 0.00014

       ⒉對(duì)流：在液體或氣體包括蒸汽中，熱量靠物質(zhì)的流動(dòng)從一部分向另一部分轉(zhuǎn)移的傳遞方式稱為對(duì)流。含熱的液體或氣體，體積因熱而膨脹，密度減少，于是因重量減輕而上升，其周圍冷的部份就被補(bǔ)充其原來(lái)地位，形成了對(duì)流。熱的對(duì)流只發(fā)生在液體或氣體中，而且必與傳導(dǎo)同時(shí)發(fā)生。

       ⒊輻射：高溫?zé)嵩赐ㄟ^(guò)空間射向低溫物體，使低溫物體受熱升溫，這種熱量的傳遞方式叫做輻射。熱輻射與光相似，它以直線方式進(jìn)行，可以在真空中傳播；輻射可以通過(guò)空氣和玻璃等透明介質(zhì)，而這些透明介質(zhì)本身吸熱極少。表面黑、粗糙的物體善于吸收熱；表面白亮光滑的物體不善于吸收熱和輻射熱，但善于反射熱。

       事實(shí)上，熱量傳遞的三種方式并非單獨(dú)進(jìn)行，而是一種方式伴隨著另一種方式同時(shí)進(jìn)行，或者是三種方式同時(shí)進(jìn)行的。 為了衡量物體溫度高低的程度，就需要對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，溫度的測(cè)量是利用溫度計(jì)來(lái)完成的。常見的溫度計(jì)有液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)、熱電偶、熱電阻和熱敏電阻等。 液體溫度計(jì)是利用了某些液體的熱脹冷縮原理制成的，它封灌在一根細(xì)長(zhǎng)的玻璃管中，一端有一個(gè)膨大部分，以容納工作液體。常用的液體有酒精、煤油、水銀等。 壓力式溫度計(jì)是利用了某些氣體的熱脹冷縮原理制成的，它實(shí)際上是一塊刻有溫度讀數(shù)的壓力表，壓力表通過(guò)一根毛細(xì)管與一個(gè)感溫包相連，溫度高低的變化引起了壓力表壓力的變化，根據(jù)讀數(shù)便測(cè)知了溫度的高低。 雙金屬溫度計(jì)是利用了二種不同金屬的不同熱膨脹系數(shù)原理制成的，雙金屬片卷成螺旋形。當(dāng)溫度變化時(shí)，引起了雙金屬片的運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)指針指示出了溫度。 熱電偶是利用不同的金屬絲一端焊接在一起時(shí)，在它們的二個(gè)游離端會(huì)隨溫度的變化而產(chǎn)生不同的電動(dòng)勢(shì)，測(cè)量這個(gè)電動(dòng)勢(shì)的大小便知道溫度的高低。 熱電阻是利用了金屬絲的電阻溫度系數(shù)原理制成的。一定長(zhǎng)度的金屬絲，當(dāng)溫度升高時(shí)電阻增加，溫度降低時(shí)電阻下降。利用惠斯頓電橋能測(cè)知溫度的高低。 熱電阻一般用鉑絲制作，因此又稱鉑熱電阻。 利用鉑電阻測(cè)量溫度的原理如圖二所示，在電橋的AB端接入電源，CD端接上電流表，假設(shè)R_t處于0℃，其阻值為100Ω，調(diào)整電阻R調(diào)在100Ω，這時(shí)R_t=R，電橋處于平衡狀態(tài)，CD兩端無(wú)電壓，電流表無(wú)讀數(shù)。當(dāng)熱電阻R_t溫度增加或減少時(shí)，則R的電阻也增加或減少，于是R_t≠R，電橋不平衡，CD兩端有電壓輸出，電流表有讀數(shù)，這個(gè)讀數(shù)就反映了溫度的變化，刻上溫度便成為溫度計(jì)。 實(shí)際的測(cè)量電路比圖二要復(fù)雜得多，把輸出的信號(hào)通過(guò)適當(dāng)轉(zhuǎn)換可以直接由數(shù)字顯示器進(jìn)行溫度的直接顯示。改變電路的設(shè)計(jì)可以進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)和控制。 熱敏電阻是利用了一種半導(dǎo)體材料，其導(dǎo)電性能隨溫度而變化，其測(cè)量溫度的原理同熱電阻相同。